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施工技术通讯—施工设计篇
建筑脚手架施工设计计算方法及算例
(技术发展中心 邢锋)
摘 要 论文详细叙述了建筑用脚手架施工设计的计算方法,以扣件式钢管脚手架计算为例.
关键词 扣件式钢管脚手架 设置要求 设计内容及计算
一、概述：
我们在建筑工程施工中,为了满足施工作业需要所设置的操作架子，统称为脚手架。搭设脚手架所需要的成品和材料称为“架设材料”，是建筑施工企业常备的施工工具。我局是以桥梁施工为主的大型建筑企业，桥梁结构载重大,施工辅助结构种类繁多，施工手段多种多样，施工支架有特殊的要求，因此，采用的施工支架种类很多，如万能杆件、军用梁、贝雷梁等；也常用轻型脚手架。
常用的轻型脚手架有扣件式钢管脚手架、门式钢管脚手架、碗扣式脚手架以及其他新型脚手架。轻型脚手架具有重量轻、运输方便、联结快、拆除方便等优点，应用的范围也比较广泛。
本文介绍的扣件式钢管脚手架是我国使用最为普遍的脚手架品种，可用于搭设外脚手架、里脚手架、满堂脚手架、支撑架以及其他用途的架子.下面主要介绍其外脚手架构造的设置要求:
1、双排脚手架：
⑴、 立杆：横距为0。9~1。5m（高层架子不大于1.2m），纵距为1。4～2。0m.单立杆
双排脚手架的搭设限高为50 m，当搭设限高50 m以上的脚手架时，35 m以下应采用双立杆，或自35 m起分段卸载措施，且上部单立杆的高度应小于30 m。立杆与大横杆必须用直角扣件扣紧，不得隔步设置或遗漏。当采用双立杆时，必须都用扣件与同一根大横杆扣紧。
⑵、 大横杆：其步距为1。5～1.8m。上下横杆的接长位置应错开布置在不同的立杆纵
距中，与相近立杆的距离不大于纵距的三分之一。
⑶、 小横杆：要贴近立杆，搭于大横杆之上并用直角扣件扣紧，在相邻立杆之间
需要加设1根或2根.
⑷、剪刀撑、斜拉杆、连墙杆：为确保整体稳定和抵抗侧力作用的要求，按相应规定设置剪刀撑或其它相应作用的整体性连接杆件.
⑸、护栏和挡脚板：在操作层上设2道护栏和挡脚板,栏杆高度不大于1。1m，挡脚板亦可用加设低栏杆(距脚手板0。2～1.8m)代替。
2、单排脚手架:只有一排立杆，小横杆的另一端搁置在墙体上,构架形式上与双排
架基本相同,但使用上有较多的限制：搭设高度不大于20 m;连接点的设置数量不得小于三步三跨一点,连接点采用具有抗拉压作用的刚性构造。
3、连墙构造：对外脚手架的安全至关重要，若设置数量不足、构造不符合要求所造成的事故屡有发生，必须高度重视并确保其设置要求.
4、挑支结构：在以下情况使用：搭设单层脚手架，挑扩作业面，适应有阳台、挑篷及其它突出墙面构造情况下的脚手设置要求，设置部分卸载装置以及搭设特殊形式的脚手架等。
二、扣件式钢管脚手架设计及计算：
1、设计内容：
⑴、方案的选择，在选用脚手架前认真阅读设计文件,熟悉施工工艺,然后从以下几个方面考虑：脚手架的类别、脚手架的构架形式和尺寸、相应措施;
⑵、承载可靠性的验算,包括：构架结构验算,地基、基础和其它支承结构的验算，专用加工件验算;
⑶、安全使用措施,包括:作业面的防护，整架和作业区域的防护，进行安全搭设、移动和拆除的措施,安全使用措施。
2、脚手架构架结构计算项目：⑴、构架的整体稳定性计算，可转化为立杆稳定性计算;⑵、单肢立杆的稳定性计算；⑶、平杆的抗弯强度和挠度计算；⑷、连墙件的强度和稳定性验算；⑸、抗倾覆验算;⑹、悬挂件、挑支撑件的验算。
3、每种脚手架的计算方法都不相同，下面以扣件式钢管脚手架的计算方法为例
⑴、钢管脚手架构造简图:见下图1
⑵、荷载：包括施工荷载（操作人员和材料及其设备等重力）和脚手架自重力。荷载的传递顺序是：脚手板→小横杆→大横杆→立杆→底座→地基。
⑶、小横杆计算：按简支梁计算,
①、强度计算：按实际堆放位置的标准值计算其最大弯矩：。
②、挠度计算:将荷载换算成等效均布荷载：同时满足规范JGJ130-2001 Tab5。1.8 [w］≤10mm；
③、符号意义:-—大小横杆的弯曲应力;--大、小横杆的跨度;
MX——大、小横杆计算的最大弯矩；Wn ——大、小横杆的净截面抵抗矩；
钢管的抗弯、抗压强度设计值，；w--受弯杆件的挠度；
[w］ ——受弯杆件的容许挠度；q ——脚手板作用在小横杆上的等效均布荷载;
—-大小横杆的截面惯性矩；—-钢材的弹性模量,2。06×105(MPa）。
⑷、大横杆计算：按三跨连续梁计算，用小横杆支座最大反力计算值，在最不利荷载布置计算其最大弯矩值，
①、 弯曲强度按下式：
②、 挠度计算:将标准值的最大反力值进行最不利荷载布置其最大弯矩值，然后换算成等效均布值:
③、符号意义：q´ —-大横杆上的等效均布荷载， 其它符号意义与小横杆的符号相同。
⑸、脚手架立杆稳定性计算：
①、按图式轴心受力格构式压杆计，见图2
不考虑风载时：，（其中N=1。2（)
考虑风载时：
②、双排脚手架单杆稳定性计算：
③、符号意义:以下所要查的表全部来自《简明施工计算手册》.
N——格构式压杆的轴心压力； NGK1——脚手架自重产生的轴力，查表7-5取值;
NGK2——脚手架附件及物品重产生的轴力,查表7—7取值;
NQK——一个纵距内脚手架施工荷载标准值产生的轴力可由表7—7查取;
n1-脚手架的步距数，A ——脚手架内外排立杆的毛截面积之和；
Φ——格构式压杆整体稳定系数，按换算长细比，查表7—8;
λx—-格构式压杆长细比，查表7-9，μ —-换算长细比长系数,查表7-10；
KH—-与脚手架高度有关的调整系数，当H时,取0。8,当H时，,H—脚手架高度；
KA—-与立杆截面高度有关的调整系数,当内外排立杆均采用两根钢管组合时， KA =0。7；当内外排立杆为单根时取0.85；
M—风荷载对格构式压杆产生的弯矩,；
q1-—风荷载作用于格构式压杆的线荷载；
A1—-内排或外排的单排立杆危险截面的毛截面面积;
N1——不考虑风荷载时由N计算的内排或外排计算截面的轴心压力;
h1--内排或外排立杆的回转半径;
σm-—操作处水平杆对立杆偏心传力产生的附加应力，当施工荷载
⑹、脚手架与结构的连接计算：
①、连接件抗拉、抗压强度按下式计算：
②、连接件与脚手架及主体结构的连接强度按下式计算:
③、符号意义：——风荷载作用对连墙点处产生的拉力或压力，由下式计算
，
H1、L1-—连墙点的竖向及水平间距；wk——风荷载标准值，An ——连接件的净截面积；
［NVc］ ——连接件的抗压或抗拉设计承载力，采用扣件时，［NVc］ =6kN/只。
⑺、最大搭设高度：双排扣件钢管脚手架一般搭设高度不宜超过50m,超过时，应采取分段搭设或分段卸荷措施。
由地面起或挑梁上的每段脚手架最大搭设高度公式:其中，--可由表7—11查取；h-脚手架的步距.
三、算 例
钢管Φ48×3。5,Wx =5075 mm3，Ix =1。219×105 mm4，人群荷载:2.0kN/ m2， 施工荷载:2.0kN/ m2，风荷载：0.7kN/ m2
1、搭设高度计算：H=
={［］/（1.2×0。411)}×1。5=56.5m
则最大允许搭设高度计算:Hmax==56.5/（1+0。565)=36m
2、脚手架的稳定计算：
⑴、小横杆:按简支梁计算，间距1。2m，q1=（2.0+2.0）×1。2=4。8kN/m，
Mx=1/8 q1l2=1/8×4。8×1。22=0。864kN.m，
σ= =0。864×1000/5。075 =170。2MPa＜［σ］=205 MPa，可
fmax==5。4 mm＜L/150 =8.0 mm，可
⑵、大横杆：按三跨连续梁计算
Mx=KM•F•L=0。213×2。88×103×1。2=736。1N。m，
σ= =736.1×103/（5。075×10 3) =145MPa＜［σ］=205 MPa，可
fmax===3。2 mm＜L/150 =8。0 mm，可
⑶、立杆计算：b=1。2m,L=1。2m，h=1。5m
脚手架高34。6m为单管立杆,其折合步数n1=H/h=34.6/1。5=23步,
①、计算脚手架的整体稳定性：
A、求N值:NGK1=0。411kN，
N =1。2（n1• NGK1+ NGK2）+1。4 NQK=1。2（23×0。411+1.2×2.95）+1.4×10。5=30。3kN,
B、求Φ值:查表，μ=20，λx=8.57，λcx=μ•λx=171，查表Φ=0.218
C、验算整体稳定性:因立杆为单根,KA=0。85，高度调整系数KH=1/(1+H/100)=0。74,
M=1/8•q风•H12=1/8×0。7×103×4。52=1.772kN。m,
则 =+=74。1 MPa
＜KAKHf=0。85×0。74×205=128。9 MPa，可
②、单根钢管稳定性：
N1=1/2×1.2n1• NGK1+［（0。5× 1.0+0。35）/1。4]×（1。2NGK2+1。4 NQK)=16.66kN，
λ1==1500/15.94=94，查表Φ1=0.634
取σM = 35MPa,单根钢管截面积A1=489 mm2,
则 +σM=16。66×103/（0。634×489）+35=88.7MPa＜KAKHf=0.85×0.74×205=128。9 MPa,可
四、结束语
建筑脚手架是施工作业中必不可少的手段、设备,没有它就难以进行施工作业和确保施工安全、进度，同时占用大量的资金。本文主要介绍了扣件式钢管脚手架，具有重量轻、工效快、降低成本、经济效益高等多方面的优点,而受到了施工单位的重视和大量使用。
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